JP3192782U - リチウムイオン二次電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池の冬期寒冷地における屋外使用を可能にすると共に、リチウムイオン電池の過剰な加熱或いは発熱を防ぎ、高価なリチウムイオン二次電池の破損を未然に防ぐリチウムイオン二次電池装置を提供する。【解決手段】複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セル３と、各リチウムイオン電池セル３の間に挟み込まれたフィルム状発熱体４と、リチウムイオン電池セル３の温度を検出する温度センサー５と、外部電源の入力によってリチウムイオン電池セル３を充電する充電器７と、温度センサー５が検出した温度によって充電器７の出力をフィルム状発熱体４側に切り換える制御部６とを備え、フィルム状発熱体４は、その抵抗値により、制御部６によるフィルム状発熱体４側への切り換えが継続した場合にもリチウムイオン電池セル３の温度が使用限界温度以上にならないように発熱量が制限されている。【選択図】図１

Description

本考案は、リチウムイオン二次電池装置に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、単位重量当たりの充電量が従来の鉛蓄電池などと比較して多いため、近年、多くの分野で利用されつつある。

リチウムイオン二次電池は、中央の負極を一対の正極で挟んだ構造のセル（バイセル）を複数積み重ねることで、セルの数に応じた電気容量を確保することが一般になされている（下記特許文献１参照）。

特開２０００−３１１７１８号公報

リチウムイオン二次電池は、低温（特に０°以下）の使用環境では、充電量の減少や放電時間の短縮、耐久性の低下などが起きることが知られている。しかしながら、メモリー現象がなく自己放電特性の良好なリチウムイオン二次電池は様々な用途や環境での使用が求められており、特に冬期の寒冷地における屋外使用を可能にすることが求められている。

屋外で使用することが多い投光機の電源としてリチウムイオン二次電池を用いる場合には、屋外での使用後に充電することを考えると、雨水や降雪で濡れた状態、或いは屋内に持ち込んで全体が結露して濡れた状態など、劣悪な環境下で充電することがあり、そのような環境下での充電においても高い信頼性が求められる。

リチウムイオン二次電池の低温環境下での充電量確保や耐久性向上を図るためには、電池を保温するヒータや発熱体を備えるものが知られているが、保温システムの信頼性や安全性については十分な対処がなされていないのが現状である。リチウムイオン二次電池は、適正な使用温度には上限があり、電池が過剰に加熱されると破損されることがある。電池をヒータで加熱する場合には、充電時における電池自身の発熱にヒータによる加熱が加わることになるので、高価なリチウムイオン二次電池を破損させないためには精緻な温度管理が必要になる。

本考案は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、リチウムイオン二次電池の冬期寒冷地における屋外使用を可能にし、劣悪環境下で充電を行うことがある投光機の電源としてリチウムイオン二次電池を用いることができるようにすること、リチウムイオン電池の過剰な加熱或いは発熱を防ぎ、高価なリチウムイオン二次電池の破損を未然に防ぐこと、等が本考案の目的である。

このような目的を達成するために、本考案によるリチウムイオン二次電池装置は、以下の特徴を備えている。

複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セルと、重ね合わせた各リチウムイオン電池セルの間に挟み込まれたフィルム状発熱体と、前記リチウムイオン電池セルの温度を検出する温度センサーと、外部電源の入力によって前記リチウムイオン電池セルを充電する充電器と、前記温度センサーが検出した温度によって前記充電器の出力を前記フィルム状発熱体側に切り換える制御部とを備え、前記フィルム状発熱体は、前記制御部による前記フィルム状発熱体側への切り換えが継続した場合にも前記リチウムイオン電池セルの温度が使用限界温度以上にならないように発熱量が制限されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池装置。

複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セルと、重ね合わせた各リチウムイオン電池セルの間に挟み込まれたフィルム状発熱体と、前記リチウムイオン電池セルの温度を検出する第１及び第２の温度センサーと、外部電源の入力によって前記リチウムイオン電池セルを充電する充電器と、前記第１の温度センサーが検出した温度が閾値より低い場合に前記充電器の出力を前記フィルム状発熱体側に切り換える第１の制御部と、前記第２の温度センサーが検出した温度が限界閾値を超えた場合に前記充電器の出力を遮断する第２の制御部とを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池装置。

このような特徴を有する本考案のリチウムイオン二次電池装置によると、フィルム状発熱体によるリチウムイオン電池セルの加熱によって、低温環境下での使用が可能になる。また、フィルム状発熱体の発熱特性をリチウムイオン電池セルの温度が使用限界温度以上にならないように制限するか、或いは第２の温度センサーが検出した温度が限界閾値を超えた場合に充電器の出力を遮断する第２の制御部を備えることで、リチウムイオン電池セルの過剰加熱或いは過剰発熱を防ぎ、リチウムイオン二次電池装置の破損を未然に防ぐことができる。

このような本考案によると、劣悪環境下で充電を行うことがある投光機の電源としてリチウムイオン二次電池装置を用いることができ、且つ高価なリチウムイオン二次電池装置を破損させるリスクを解消できる。

本考案の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池装置を示した説明図である。 本考案の第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池装置を示した説明図である。

以下、本考案の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本考案の第１実施形態に係るリチウムイオン二次電池装置を示した説明図である。図１に示したリチウムイオン二次電池装置１は、基本構成として、複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セル３を備えたリチウムイオン電池ユニット２を備えており、外部電源であるＡＣ電源を入力することでリチウムイオン電池セル３を充電し、充電された複数のリチウムイオン電池セル３から電池セルコントローラ８を介してＤＣ電源を出力するものである。

そして、本考案のリチウムイオン二次電池装置１は、リチウムイオン電池ユニット２内において、重ね合わせた各リチウムイオン電池セル３の間に挟み込まれたフィルム状発熱体４を備えており、リチウムイオン電池セル３の温度を検出する温度センサー５と、外部電源の入力によってリチウムイオン電池セル３を充電する充電器７と、温度センサー５が検出した温度によって充電器７の出力をフィルム状発熱体４側に切り換える制御部６とを備えている。

より具体的には、制御部６は温度センサー５が検出する温度によって充電器７の出力が接続される２つの端子（ａ端子とｂ端子）を切り換える機能を備えており、充電器７の出力がａ端子に接続された場合には、充電器７の出力は直列接続された複数のリチウムイオン電池セル３を介して電池セルコントローラ８に接続されて複数のリチウムイオン電池セル３が充電器７の出力によって充電される状態になり、充電器７の出力がｂ端子に接続された場合には、充電器７の出力は並列接続された複数のフィルム状発熱体４に接続され、フィルム状発熱体４を発熱させる状態になる。

このような実施形態に係るリチウムイオン二次電池装置１によると、シート状のリチウムイオン電池セル３とフィルム状発熱体４を交互に重ね合わせた構造になっており、必要なときに均一且つ速やかにリチウムイオン電池セル３を加熱することができるようになっている。

制御部６の動作例を説明する。リチウムイオン電池セル３の温度が温度センサー５で検出され、この検出温度が制御部６に送られる。制御部６は検出温度が第１の閾値（例えば０℃）以下であれば、充電器７の出力をｂ端子に接続してその出力をフィルム状発熱体４側に送るように制御してリチウムイオン電池セル３を加熱する。その後加熱が進み、温度センサー５が検出するリチウムイオン電池セル３の温度が第２の閾値（例えば５℃）以上になると、制御部６は充電器７の出力をａ端子に接続してその出力をリチウムイオン電池セル３の充電側に切り換える。

このような制御部６の動作により第１の閾値温度以下の低温環境下で充電を行う場合には、常にリチウムイオン電池セル３が適正な温度（第２の閾値温度）まで加熱されてから充電がなされることになり、良好な充電量の確保が実現できる。また、充電開始時に温度センサー５が検出するリチウムイオン電池セル３の温度が第１の閾値を超えた温度になっている場合には、制御部６は最初から充電器７の出力をリチウムイオン電池セル３の充電側に接続する機能を有する構成とする。

ここで問題となるのは、温度センサー５や制御部６の異常などによって、充電器７の出力がフィルム状発熱体４側に送り続けられるような場合であり、このような事態が発生すると、リチウムイオン電池セル３は使用限界温度以上になって破損してしまうことになる。これを防ぐために、本考案では、フィルム状発熱体４は、制御部６によるフィルム状発熱体４側への切り換えが継続した場合にもリチウムイオン電池セル３の温度が使用限界温度以上にならないように発熱量が制限されている。具体的には、リチウムイオン電池セルの温度が例えば４０℃以上にならないように、フィルム状発熱体４の抵抗値が設定されている。

図２は本考案の第２実施形態に係るリチウムイオン二次電池装置を示した説明図である（図１における構成と共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する。）。図２に示したリチウムイオン二次電池装置１’は、リチウムイオン電池セル３の温度を検出する第１の温度センサー５’と、それとは別にリチウムイオン電池セル３の温度を検出する第２の温度センサー９を備えている。また、第１の温度センサー５’が検出した温度が閾値より低い場合に充電器７の出力をフィルム状発熱体４側に切り換える第１の制御部６’と、第２の温度センサー９が検出した温度が限界閾値を超えた場合に充電器７の出力を遮断する第２の制御部１０を備えている。

このリチウムイオン二次電池装置１’における第１の制御部６’の動作は、前述した制御部６と同様であり、第１の温度センサー５’で検出されたリチウムイオン電池セル３の検出温度が第１の閾値（例えば０℃）以下であれば、充電器７の出力をｂ端子に接続してその出力をフィルム状発熱体４側に送るように制御してリチウムイオン電池セル３を加熱し、その後加熱が進み、第１の温度センサー５’が検出するリチウムイオン電池セル３の温度が第２の閾値（例えば５℃）以上になると、充電器７の出力をａ端子に接続してその出力をリチウムイオン電池セル３の充電側に切り換える。

そして、リチウムイオン二次電池装置１’は、第２の温度センサー９と第２の制御部１０を備えており、第２の温度センサー９で検出したリチウムイオン電池セル３の温度が限界閾値（例えば５０℃）を超えた場合に、第２の制御部１０は充電器７の出力を遮断し、リチウムイオン電池セル３とフィルム状発熱体４への電力供給を停止させて、リチウムイオン電池セル３の温度上昇を停止させる。図示の例では、第２の制御部１０は、充電器７の出力端と第１の制御部６’の入力端とを接続又は遮断する断続器１１を備えている。断続器１１は、第２の温度センサー９で検出したリチウムイオン電池セル３の温度が限界閾値を超えていない場合には接点ｃで充電器７の出力端と第１の制御部６’の入力端を接続しており、第２の温度センサー９で検出したリチウムイオン電池セル３の温度が限界温度を超えた場合に接点ｃで充電器７の出力端と第１の制御部６’の入力端の接続を遮断する。

図２に示した例では、第２の制御部１０は充電器７の出力を遮断する位置に設定しているが、充電器７の入力外部電源側に設置して入力電源側を遮断するようにしてもよい。このように、第２の温度センサー９と第２の制御部１０を備えることで、充電器７が故障して異常な出力をリチウムイオン電池セル３又はフィルム状発熱体４に送り続けた場合でも、リチウムイオン電池セル３の過剰な加熱や発熱による破損（或いは熱損）を防止することができる。これによって、高価なリチウムイオン電池セル３を破損してしまうリスクを回避することができる。

以上、本考案の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本考案に含まれる。上述の各図で示した実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本考案の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１，１’：リチウムイオン二次電池装置，
２：リチウムイオン電池ユニット，３：リチウムイオン電池セル，
４：フィルム状発熱体，
５：温度センサー，５’：第１の温度センサー，
６：制御部，６’：第１の制御部，
７：充電器，８：電池セルコントローラ，
９：第２の温度センサー，１０：第２の制御部，１１：断続器

Claims (2)

1. 複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セルと、
   重ね合わせた各リチウムイオン電池セルの間に挟み込まれたフィルム状発熱体と、
   前記リチウムイオン電池セルの温度を検出する温度センサーと、
   外部電源の入力によって前記リチウムイオン電池セルを充電する充電器と、
   前記温度センサーが検出した温度によって前記充電器の出力を前記フィルム状発熱体側に切り換える制御部とを備え、
   前記フィルム状発熱体は、前記制御部による前記フィルム状発熱体側への切り換えが継続した場合にも前記リチウムイオン電池セルの温度が使用限界温度以上にならないように発熱量が制限されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池装置。
2. 複数重ね合わされたシート状のリチウムイオン電池セルと、
   重ね合わせた各リチウムイオン電池セルの間に挟み込まれたフィルム状発熱体と、
   前記リチウムイオン電池セルの温度を検出する第１及び第２の温度センサーと、
   外部電源の入力によって前記リチウムイオン電池セルを充電する充電器と、
   前記第１の温度センサーが検出した温度が閾値より低い場合に前記充電器の出力を前記フィルム状発熱体側に切り換える第１の制御部と、
   前記第２の温度センサーが検出した温度が限界閾値を超えた場合に前記充電器の出力を遮断する第２の制御部とを備えることを特徴とするリチウムイオン二次電池装置。

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